Extinderea funcției de măsurare a capacității multimetrului digital
Multimetrele digitale comune cu trei cifre și jumătate sau patru cifre și jumătate sunt echipate cu funcții de măsurare a capacității, dar domeniul de măsurare este îngust și precizia măsurării este scăzută și, în general, nu au măsurare online funcții. Acest articol discută cum să extindeți aceste capabilități.
1. Măsurarea online a capacității
În funcție de proprietățile circuitului diferențial și integral, măsurarea capacității poate fi convertită într-o măsurare a tensiunii.
Partea centrală a circuitului, CX/V, utilizează un circuit diferențial de inversare și integrator activ simplu RC. Oscilatorul Venturi generează un semnal AC cu frecvență fixă Vr, care excită circuitul de conversie CX/V și obține o tensiune AC V0 (V1) proporțională cu CX. Este filtrat de un filtru trece-bandă de ordinul doi pentru a filtra alte tensiuni decât frecvența fixă. După ce dezordinea este îndepărtată, tensiunea de ieșire DC V proporțională cu CX se obține după AC/DC. Când semnalul AC Vr excită circuitul CX/V, tensiunea de ieșire a integratorului inversor
Adică, capacitatea măsurată CX este proporțională cu tensiunea de ieșire C{{0}}, realizând astfel conversia CX→V. Pentru a face ca intervalul condensatorului de bază să corespundă intervalului de 2V al multimetrului digital, selectați frecvența de oscilație a oscilatorului Venturi ca 400Hz, valoarea tensiunii efective ca 1V, R1 ca 20kΩ și C1 ca 0,1μF. R2 se modifică de la 200Ω-2kΩ{-20kΩ{-200kΩ-2MΩ, iar intervalul corespunzător al capacității de măsurare este de 20μF-2μF{-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Măsurați capacitatea mică
Intervalul de măsurare general al multimetrului digital cu trei cifre și jumătate pentru măsurarea capacității este de 2000pF ~ 20μF. Este neputincios să măsoare capacități mici sub 1pF. Conform metodei reactanței capacitive și folosind semnale de înaltă frecvență, măsurarea capacității mici poate fi realizată. Schema circuitului de măsurare este prezentată în Figura 2. CX este capacitatea măsurată, Rf este rezistorul de feedback al terminalului inversor. Când se introduce semnalul sinusoidal Vi cu frecvența f, impedanța prezentată pe CX și câștigul amplificatorului operațional sunt: Când A și Rf sunt constante, frecvența semnalului sinusoidal f este invers proporțională cu capacitatea măsurată CX. Pentru a măsura capacități mai mici, sunt utilizate măsurători de semnal de înaltă frecvență.
Schema bloc a principiului circuitului pentru realizarea măsurării este prezentată în Figura 2(b). Procesul de măsurare este: semnalul sinusoidal de înaltă frecvență generat de generatorul de semnal de înaltă frecvență este aplicat condensatorului măsurat, CX este convertit în reactanța capacitivă Xc și apoi Xc este convertit într-un semnal de tensiune AC prin conversie C/ACV, care este amplificată de amplificator și ieșită de transformatorul de izolare. Este trimis către demodulatorul sensibil la fază pentru demodulare; cealaltă intrare a demodulatorului sensibil la fază este unda pătrată (adică, semnalul de demodulație) generată de unda sinusoidală de înaltă frecvență prin convertorul formei de undă. Cele două semnale de intrare au aceeași frecvență și fază. Semnalul demodulat este filtrat de un filtru trece-jos pentru a obține o tensiune DC proporțională cu valoarea măsurată a capacității CX și este trimis la un voltmetru DC pentru a afișa direct rezultatul măsurării. Convertorul de formă de undă constă dintr-un comparator cu trecere la zero cu o intrare inversoare, care convertește o undă sinusoidală standard de înaltă frecvență de 1 MHz de la un oscilator Wien într-o undă pătrată inversată standard. Deoarece ieșirea demodulatorului sensibil la fază este o tensiune de curent continuu pulsatorie care conține armonici de înaltă frecvență, pentru a obține o ieșire de tensiune continuă stabilă și constantă, se folosește un filtru de tip π pentru a filtra componentele armonice. În cele din urmă, tensiunea medie corespunzătoare este trimisă la voltmetrul DC. Pentru a face ca gama condensatorului de bază să corespundă intervalului de 2V al multimetrului digital, frecvența semnalului sinusoidal de înaltă frecvență este selectată ca 1MHz (dacă frecvența este prea mare, trebuie luat în considerare parametrul de distribuție), valoarea efectivă al tensiunii este de 1V, iar produsul dintre factorul de amplificare a circuitului și rezistența de feedback Rf este, deci intervalul de tensiune DC al multimetrului digital de 200mV corespunde unui interval de capacitate de 0,2pF și un interval de capacitate de 200V corespunde cu 200pF. Intervalul de măsurare este de 10-4~102pF, iar rezoluția este de 10-4pF.
